测力传感器的误差

测力传感器的误差

在测力传感器的使用中,由于客观条件的限制,任何测量方式都有误差存在,非电量电测的测量值与客观值也存在一定差值,这就需要对误差产生的原囚和影响囚素进行研究以提高测量的精确度.测量误差产生的原囚和影响囚素很复杂,其中传感器的精度受标定误差的影响较大,本文现就在测量活动中易被忽视的这个问题进行初步讨论。

传感器的误差

非电量电测技术在现代测量技术中是很重要的一种,它的适用范围广、作用大,因而对其测量精度要求比较高,这其中主要是对传感器的要求,要求传感器的输人量与输出量之间是单值函数关系,有足够的灵敏度和良好的线性度,惯性小,特性稳定,抗干扰能力强,不对被测量和测量过程有反作用,休积小,重量轻,使用寿命长,维护简便.由于在任何测量工作中存在受测量者、测量方法、测量设备、标定过程、计量单位、测量环境等各种变化因素的影响,使测量值与被测量的真值不等而形成误差,传感器也存在着误差,传感器的误差分为系统误差,随机误差,过失误差三大类.

1 传感器的随机误差

传感器的随机误差是指在相同条件下对同一参数重复多次测量,在对测量条件采取各种措施提高精确度的情况下,所测得的定值与真实值的不完全相同.所测量的数值误差具有不同的数值和符号,没有一定的规律,囚此,无法预计和不能控制.随机误差反映了许多相互独立的囚素发生细微变化时对测量的综合影响,反映齐次测量值的分散性.分散性越小,测量的精密度就越高.随机误差总休上符合统计学规律,而且随着重复测量次数的增多,这种规律性也就越明显,因此可以用概率统计的方法计算出随机误差对测量结果的影响.用塞贝尔公式
001

通过对传感器标定数据可估算出传感器的随机误差,以标准差002来表征它的离散程度(003为标定时一测量点数;004为残差平方方程).

2 传感器的系统误差

系统误差是指在相同的条件下对同一参数进行多次测量时,误差的大小及符号保持恒定,而在条件改变时又按一定的规律变化的误差.系统误差反映的是测量值与真值的差异,传感器的系统误差是山传感器自身的设计原理、特性、结构、零部件制造加工精度、安装、调整、标定误差、环境条件、二次仪表精度等囚素引起的.标定的方法、标定设备的精度对传感器的精度影响很大.典型的应变式测力传感器系统误差主要有以下五个方面:

( 1 ) 标准力装置引起的误差ξ1
标准力装置引起的误差包含随机误差和系统误差两部分.标准力设备给出的是总误差,由于一般情况下系统误差比随机误差大和明显,所以把标准力设备误差全部按系统误差处理.

(2)标定曲线描绘引起的系统误差ξ2
传感器标定曲线的描绘需要尽可能多的标定数据.用数学处理的方法,根据最小平方逼近的原理,可使标定曲线上侧各点偏差之和等于下侧齐点偏差之和,而且偏差平方总和最小.传感器的标定曲线与传感器的特性曲线之间存在着差异,如果标定点处在传感器额定量范围内越多,这种误差ξ2就越小.用电子计算机处理的标定曲线也存在误差,只是误差小一些。

(3)二次指示仪表引起的系统误差ξ3
传感器的输出信号及输出量是通过二次仪表显示出来的,由误差传布理论可以知道标定设备.二次仪表等的系统误差必然传递给传感器,从而影响传感器的精度.

(4)传感器电源引起的系统误差ξ4
非电量的电测技术在使用时需要电源,传感器,而标定设备都采用的是直流电源,然而由交流电整流得来的直流电与直流发电机发的直流电及化学电池提供的直流电有一定的差异,山此而引起的误差也会传递给传感器,增大了系统误差

(5)传感器标定时环境条件差异引起的系统误差ξ5
在传感器的标定过程中,大气压力、温度、湿度、磁场、振动等环境条件发生变化,目及传感器标定与测试时的环境条件有差异都必然引起系统误差并传给传感器.
综合上述五个方面的系统误差,根据公式005

经数学处理就可以知道传感器误差的下限

006

通过这一上限值就可以评价和衡量测试数据的可靠程度

1.3传感器的总误差

传感器的系统误差言和随机误差是主要的两种不同性质的误差,这两种误差共生在传感器误差之中,在标定点数较多的时候(例如在30个点以上),可以用公式

007来近似估计